סמארטפון, מחשב נייד, מברג אלחוטי, מכונית חשמלית: כמעט שום מכשיר אלקטרוני נייד יכול להסתדר בלי סוללת ליתיום-יון. אבל ייצורו הוא בדרך כלל בעייתי. לכן חוקרים עובדים על עתידו. וגם אלטרנטיבות.
הדבר החשוב ביותר לגבי סוללות ליתיום-יון
סוללות ליתיום-יון נחשבותאחסון אנרגיה אלקטרוכימית נטענתאל התאים משניים.
כי הםקל יותר וחזק יותרהם משחררים גם תאים משניים אחריםתאים ראשוניים שאינם נטעניםרָחוֹק. זה כולל גם סוללות מנגן אלקליין.
שֶׁלָהייצורעם זאת, עומדבביקורת. כי מיצוי חומר גלם הוא בעיקרלא מאוד אקלים וידידותי לאנשיםכלומר, מדענים מחפשים מקורות חלופיים. גם בדרום מערב ומזרח גרמניהטמונים מרבצי ליתיום רדומים.
קשה לדמיין חיים בלי ובכל זאת בלי עתיד? לסוללות ליתיום-יון יש עכשיו את שלהןפוטנציאל ביצועיםכנראה כמעטתָשׁוּשׁ. לכן חוקרים עובדים על שדרוגים ומחפשים אותםאלטרנטיבות.
מוצא, התפתחות, אתגרים עכשוויים: בעמוד זה אתה מקבל סקירה כללית שלתחילתה של סוללת הליתיוםעד לשאלה איך שלומבט עתידיהָיָה יָכוֹל.
כיצד נוצרה סוללת הליתיום-יון
הביאו את סוללת הליתיום-יון הנטענת הראשונה1991 סוניבמצלמת וידאו לשוק. לאחר מכן התפתחו מומחים במיוחדדרום קוריאה ויפןתאי הסוללה ממשיכים.
עם זאת, הונח הבסיס בפועל לפיתוח המוני של סוללת הליתיום-יוןסטנלי וויטינגהאם,ג'ון גודנוואקירה יושינוכבר בשנות ה-70 וה-80. המדענים ערכו מחקר על הסוללות ללא תלות זו בזו.
על הישגיהם המדעיים, המעצבים את החברה של היוםעבר מהפכה טכנית3 החוקרים קיבלו את הפרס ב-2019פרס נובל בכימיה.
סקירה טכנית של סוללת הליתיום-יון
ב"מדריך סוללות ליתיום-יון", מומחים מספקים סקירה מקיפה של סוללת הליתיום-יון.
כך פועלת סוללת ליתיום-יון
מומחים מהמכון הטכנולוגי של קרלסרוהה (KIT) מסבירים ממה מורכבת סוללת ליתיום-יון וכיצד היא פועלת.
תוכן חיצוני
תוכן זה מגיע מספקים חיצוניים כמו פייסבוק, אינסטגרם או יוטיוב. אנא הפעל מודעות ותוכן מותאמים אישית וכן לספקים מחוץ לתקן CMP כדי להציג תוכן זה.
ליתיום תוצרת גרמניה
גם לסוללות ליתיום-יון תפקיד חשוב במיוחדאֵנֶרְגִיָה-ומעבר תחבורהתפקיד מכריע. דרך השימוש בהם במכוניותאו אוטובוסים כמוחלופה בת קיימאבהשוואה למנועי בעירה, גרמניה רוצה את שלהיעדי אקליםלהגיע.
מצדםשבילים ארוכיםעם זאת, לסוללות ליתיום-יון לוקח לרוב זמן עצום להגיע למכשירי הקצה"תרמיל סביבתי"עִם.
🥵 מיצוי ועיבוד חומרי גלם כחוטאי אקלים
ייצור סוללות ליתיום-יון דורש חומרי גלם יקרי ערך כגון:ליתיום וקובלט. עם זאת, החילוץ שלהם ועיבוד נוסף הוא בדרך כלללא ידידותי לאקלים ולא ידידותי לאדם.
ליתיום, למשל, נמצא בצ'ילה,ארגנטינהובוליביהמי אחריאוֹסטְרַלִיָהלגדולים ביותרספקי ליתיוםלספור, במי תהום. בצ'ילה משתמשים בליתיום ב...סלאר דה אטקמה, אגם מלח גדול בצפון הרחוק של המדינה. לנצח בו, זה יהיה חזקמי תהום עשירים במינרליםנשאב לתוך אגנים מלאכותיים ענקיים כדי להתאדות. כי זה הרבהמַיִםואֵנֶרְגִיָההוא בילה, תהליך זה מחמיר, בין היתר, את הגדול ממילאמחסור במים.
עיבוד נוסף מתרחש לעתים קרובות במדינות כגון:סין ודרום קוריאה. רוב התעשייה עדיין עובדת שםכבהתחנות כוח פחמיות - מה שחשוב לנוכח היעדי האקלים המחמירים של סיןאבל משהו יכול להשתנות בעתיד.
🤔 חפש מקורות חלופיים לחומרי גלם
למרות שנרדם בעיקר בבוליביה,צ'ילהוארגנטינהלמרות הביקוש העולמי הגוברעתודות ליתיום ענקיות. עם זאת, מומחים פועלים כדי למנוע את הבעיות הקשורות בייבוא ליתיום ממדינות אחרותאלטרנטיבותלחלץ את חומר הגלם.
למעשה, גם לנו יש את זהיש מרבצי ליתיום גדולים בגרמניה: מומס, בין היתר, במים עמוקים מתחת לגראבן הריין העליוןלְיַדקרלסרוהה. כמויות אלו לבדן אינן יכולות לספק את הצרכים בגרמניה ובאירופהלְכַסוֹת, אבל תמיכה.
עֲבוּרחום וחשמלהמים העמוקים יזרמו לתוךמערכות גיאותרמיותכבר ממומן בקרלסרוהה. עם זאת, הליתיום הכלול במים עדיין עובדהוחזר ללא שימוש. המערכות מעבירות פנימהשעהכמויות ליתיום כלפי מעלה, אשר בסביבות30 אופניים חשמלייםיהיה מספיק.
חוקרי ההמכון הטכנולוגי של קרלסרוהה (KIT)עובדים על תהליך שמשתמש למעשה בליתיום הכלול במים העמוקים"מוצר מקרי"עושה שימוש. המימון הוא בגרמניהכַּנִראֶה יקר יותרמאשר ייצור בדרום אמריקה. בשביל זה הם נועדונתיבי תחבורהקצר יותרוהנהלים פחות מפריעים לטבע.
משהו קורה גם בגרמניה עם המשך העיבוד של ליתיום: קרובטסלס Gigafactoryחברת "רוק טק" הגרמנית-קנדית מתכננת בברנדנבורגמפעל הליתיום הגדול באירופה. משנת 2024 יעובד שם ליתיום, שישמש לבניית סביב500,000E-Autosצריך להספיק.
מיחזור חומרי גלם במקום הרים של פסולת אלקטרונית
אֲפִילוּסוללות ליתיום-יון בר קיימאהם, הם לא חיים לנצח. מצבר ממוצע לרכב חשמלי, למשל, צריך להיות בהתחלה10 השנים האחרונותוניתן לפרוק ולהטעין יותר מ-1,000 פעמים.
לאחר מכן, ניתן להשתמש בסוללות בפעולה נייחתבשימוש עוד 10 שניםלִהיוֹת. במפעל BMW בלייפציג, למשל, הייצור עולה על גדותיואנרגיה סולארית ורוח, שמחוברים ביניהם בכמה מאותמצברים לרכבנשמר.
גם לאחר חייהם השניים, הסוללות כןבכלל לא בזבוז. זה נהיה יותר ויותר חשובמִחזוּרשל הסוללות. כך מגיעים הנכלליםחומרי גלם יקרי ערךלתוך אחדמַחזוֹרואינם אבודים.
חברות אוהבותדוזנפלדבסקסוניה התחתונה אוקיבורזשוויץ מתקדמת כאן מאוד. הם קובעים באמצעות תהליכים חדשנייםיותר מ-90 אחוז מהחומריםלמיחזור לסוללות.
מומחים דורשים כזהמיחזור-ציטוטגַםצעדים פוליטייםצריך להיות. לכן הנציבות האירופית מעדכנת אתהוראת סוללות אירופית משנת 2006. יש עם50 אחוז לליתיוםמכסות היעד עדיין נמוכות מאוד.
שדרוגי סוללת ליתיום-יון - וחלופות
🏆 בשנים האחרונות חוקרים...התקדמות עצומהלגבי הצפיפות אנרגיה של סוללות ליתיום-יוןהושג.
👩🔬 צוות בראשות לורן מרבלה, למשל, הצליח לפתח סוללות ליתיום-יוןכדי להפוך אותו ליותר עמיד ובטוח יותר. התוספת של האשלגן מתכתלמנוע כאלה לא רצוייםתגובות לוואי כימיותבתא הסוללה גם זההפיצוץיכול להוביל.
🚗 יצרנית הסוללות הסינית CATL (Contemporary Amperex Technology Ltd), בין היתר, היא אחת מלקוחותיהטסלהשמעו, פיתחה סוללה המגיבה לכךמוותר על קובלט מלוכלךולתוחלת חיים של1.6 מיליון קילומטריםמעוצב.
🔋 עם זאת, מומחים רבים בטוחים: סוללת הליתיום-יון לא תהפוך דומיננטית כמו מנוע הבעירה הפנימית. עבור הצרכים שוניםמניידות לאספקת אנרגיהמושגי סוללה שונים.
🔌 לאולריך שוברט וחוקריו, למשל, יש מה שנקראסוללת זרימת חיזור פותחה. זה מורכב משני נוזליםובניגוד לסוללות ליתיום-יון, שומרת על כוחההביצועים שלהם.
⚗ במילים פשוטות, לסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות הייתה עד כה כזוליבה נוזלית. למדענים סביב Rüdiger Eichel, לעומת זאת, יש אחדסוללת מצב מוצק פותחה. זה מגיע במידה רבהללא חומרים רעילים או מזיקיםואינו מסתכן בנזק מופרז אם ניזוקלחמםאוֹלהתפוצץ.
🧂 אחדחלופה זולהליתיום מדינַתרָן, שנמצא בבישול ובמלח יםכמעט בכל מקום ללא בעיותמוצא. לסוללות נתרן-יון יש גם אחת כזותוחלת חיים ארוכה יותר, אבל יש אחדצפיפות אנרגיה נמוכה יותרכמו סוללות ליתיום-יון. הסוללות הראשונות צפויות לצאת לשוק בשנים הקרובות.